云木香干物質(zhì)及營養(yǎng)元素積累和分配規(guī)律△

李林玉，馬維思，張寬華，李慶堂，金航，嚴(yán)世武，海智成，王馨，楊斌*

1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 藥用植物研究所，云南 昆明 650223；2.劍川縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，云南 大理 671300

木香AucklandialappaDecne.為菊科木香屬多年生草本植物，以根入藥。其性溫，味辛、苦，歸脾、胃、大腸、三焦、膽經(jīng)，具有行氣止痛、健脾消食之功效，被歷版《中華人民共和國藥典》收載。云南產(chǎn)木香色澤棕黃、根條均勻、不枯心、油性足，是云南著名的道地藥材，俗稱云木香。

木香為多年生宿根草本植物，一般播種后2～3年采收，10—11月為藥材采挖期。云木香在云南常年種植面積在10萬畝(1畝≈666.67 m2)左右。其種植過程中存在肥料施用過量、種類單一等現(xiàn)象。在藥用植物栽培過程中，養(yǎng)分吸收、分配規(guī)律是制定合理施肥的依據(jù)，也是獲得較高產(chǎn)量和有效成分含量藥材的基礎(chǔ)。提供科學(xué)合理的養(yǎng)分供給，既可以滿足生產(chǎn)的需要、獲得優(yōu)質(zhì)藥材，又能減少因養(yǎng)分過剩造成的土壤惡化和降低生產(chǎn)成本。目前，作物對(duì)礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收和分配規(guī)律的研究主要在糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物上[1-3]，藥用植物中僅有遠(yuǎn)志、黃花蒿、黃連木等少數(shù)品種[4-8]有相關(guān)報(bào)道。云木香干物質(zhì)與礦質(zhì)營養(yǎng)的積累分配研究尚未見報(bào)道。本研究對(duì)云木香各個(gè)生長階段干物質(zhì)和氮、磷、鉀、鈣、鎂元素積累分配規(guī)律進(jìn)行研究探索，以期為云木香綠色高效栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

采集云南滇本草藥業(yè)有限公司劍川縣羊岑鄉(xiāng)新松村中藥材種植基地內(nèi)種植的云木香。試驗(yàn)基地海拔2346 m，年均氣溫11.6 ℃，年平均降雨量850 mm，長日照、強(qiáng)輻射的冷寒半山區(qū)，是云木香種植的適宜區(qū)域。種植基地土壤為棕壤土，土壤pH為5.54，有機(jī)質(zhì)46.60 g·kg-1(全氮0.24%，全磷0.08%，全鉀2.07%)，有效氮195.80 mg·kg-1，有效磷75.35 mg·kg-1，速效鉀248 mg·kg-1。試驗(yàn)材料于2017年9月18日播種，2018年4月20日移栽，2018年5月2日緩苗。首次取樣時(shí)間為5月27日，末次取樣時(shí)間為9月29日。有機(jī)肥作底肥，3000 kg/畝。7月5日施用氮磷鉀復(fù)合肥(N∶P∶K=15∶15∶15)20 kg/畝。

1.2 儀器

DFY-1000型粉碎機(jī)(溫嶺市林大機(jī)械有限公司)；AL-104型電子天平[賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司]；K9840型定氮儀(濟(jì)南海能儀器股份有限公司)；T6新世紀(jì)型分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)；TAS990型原子吸收分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)。

1.3 試藥

硫酸、鹽酸、硝酸、高氯酸均為分析純，購于重慶川東化工(集團(tuán))有限公司；氫氧化鈉、硫酸銅、硫酸鉀、抗環(huán)血酸、三硝基苯酚、鉬酸銨、氯化鑭、灑石酸銻鉀均為分析純，購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氯化鉀、磷酸二氫鉀、碳酸鈣、氧化鎂均為優(yōu)級(jí)純，購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

2 方法

2.1 干物質(zhì)量測(cè)定

云木香緩苗后每25 d取樣1次，每次分別取15株云木香植株樣品。取樣后及時(shí)將根、莖、葉、花等各器官剪開，防止養(yǎng)分輸送。根、莖等用蒸餾水洗凈，各樣品分開制樣。在105 ℃烘干箱中殺青15 min，70 ℃烘干，分別稱定質(zhì)量。

2.2 氮、磷、鉀、鈣、鎂測(cè)定

將烘干樣品粉碎，過40目篩。分別稱取植物樣品0.2 g，用H2SO4-H2O2法進(jìn)行消化，用凱氏定氮法測(cè)氮，鉬銻抗比色法測(cè)磷，火焰光度法測(cè)鉀。稱取樣品0.1 g，用1 mol·L-1鹽酸浸提、濾過并定容，用原子吸收分光光度法測(cè)定鈣和鎂。

2.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和圖表繪制。

3 結(jié)果

3.1 云木香干物質(zhì)積累和分配規(guī)律

單株干物質(zhì)的積累在生育期內(nèi)隨著生長時(shí)間的推移，積累的量總體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。積累速度前期較慢，中期速度快，再趨于緩和，干物質(zhì)的積累呈現(xiàn)“慢-快-慢”(S曲線型)趨勢(shì)。云木香移栽緩苗后25 d生長比較慢，全株干物質(zhì)質(zhì)量為0.34 g，在整個(gè)生長階段積累率僅為0.11%，積累量非常少。到75 d時(shí)，云木香進(jìn)入快速生長期，到100 d時(shí)干物質(zhì)積累為81.74 g/株，生長量占全年生長量的26.41%。在25 d內(nèi)，階段干物質(zhì)積累量為17.52%，生長量接近前75 d的2倍。此時(shí)，干物質(zhì)積累主要集中在葉片和莖稈。125 d時(shí)，全株達(dá)到最大生物量，之后云木香生長速度變緩。

云木香移栽緩苗后第一年的整個(gè)生育期中，云木香干物質(zhì)積累主要以葉和莖為主，特別是前期、中期，葉器官的生長在整個(gè)生育期中占主導(dǎo)地位。緩苗后25 d時(shí)葉片干物質(zhì)積累占全株的55.88%，50 d時(shí)為78.04%，75 d時(shí)為63.75%；莖干物質(zhì)積累為16%～19%。到100 d時(shí)，莖干物質(zhì)積累在整個(gè)生育期中比重逐漸增加，從75 d的16.94%增加到32.37%，植株主要生物量的增加從葉片逐步轉(zhuǎn)為莖稈、根、花和種子。特別到后期生長中心向根轉(zhuǎn)移，根的生長速度加快，在全株干物質(zhì)的分配量隨著植株的生長逐步增加，100～125 d根的干物質(zhì)積累最快，到倒苗前，根的干物質(zhì)積累達(dá)到最大，為全株的25.43%。根的干物質(zhì)積累在整個(gè)生育期呈直線增長。云木香移栽后第一年主要以營養(yǎng)生長為主，田間偶有抽薹開花結(jié)實(shí)。全生育期間各器官干物質(zhì)分配量在全株總量大小依次為葉、莖、根、花、種子。

3.2 云木香不同時(shí)期各器官中氮、磷、鉀、鈣、鎂營養(yǎng)元素含量

從表1中可見，云木香中營養(yǎng)元素在各個(gè)器官中質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較大，各生育期也是隨之有變化，從緩苗到倒苗前，各器官中氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為0.87%～3.56%。其中，葉片中氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為2.16%～3.56%，其次是莖的氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.87%～2.72%。莖、葉中氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著生育期表現(xiàn)出先增后降的變化趨勢(shì)，最大吸收表現(xiàn)在緩苗后75 d；根中氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為0.91%～1.21%，隨著生育期變化質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大?？傮w來說，氮元素在各器官中的分配表現(xiàn)為葉>莖>根，生長中后期花和種子中氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐步升高，說明葉、莖為氮元素的主要利用器官，生長后期氮元素往新的生長中心轉(zhuǎn)移。鉀元素含量在各器官中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅次于氮元素，為0.89%～4.49%，在整個(gè)生育期中前期主要利用鉀元素的器官為莖，為3.30%～4.20%，隨著生長推進(jìn)，花中鉀元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為4.23%～4.49%，莖、葉中鉀元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐步降低。其次是鈣元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.17%～1.27%。葉中鈣元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，各生育期的變化規(guī)律和鉀元素相似。磷和鎂元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，分別為0.14%～0.49%和0.10%～0.29%，在各生育期中含量變化不大。

表1 云木香各器官氮、磷、鉀、鈣、鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

3.3 云木香不同時(shí)期對(duì)營養(yǎng)元素的階段吸收和分配

從圖1～2中可見，云木香不同時(shí)期對(duì)礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收量不同。從緩苗到50 d云木香對(duì)氮、磷、鉀、鈣、鎂營養(yǎng)元素的吸收積累量較少。50～75 d時(shí)，吸收速度迅速上升，氮、鉀元素的吸收量最大，每株氮元素吸收量為850.79 mg、鉀元素吸收量為792.78 mg、鈣元素的吸收量為321.48 mg；磷和鎂的吸收量分別為95.16、62.74 mg/株。緩苗75 d后，云木香進(jìn)入快速生長時(shí)期。75～125 d完成60%以上礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收，各元素的階段吸收量依次為1 395.90、205.03、1 311.33、682.54、155.88 mg/株。到150 d，營養(yǎng)元素在植株體內(nèi)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最低，氮、磷、鉀營養(yǎng)元素的階段積累量均為負(fù)增長。氮、磷、鉀吸收量占整個(gè)生育期的比重分別為19.39%、24.27%和24.41%，鈣、鎂元素的階段積累在全生育期中達(dá)到最高，分別為36.83%和32.44%。上述數(shù)據(jù)表明，云木香全生育期中，氮、磷、鉀營養(yǎng)元素的最大吸收期在生育中期，即云木香移栽緩苗后50～100 d，吸收利用營養(yǎng)元素的器官是莖、葉；其次是生長后期，即倒苗前期，主要用于根及生殖器官的生長；幼苗期對(duì)營養(yǎng)元素的吸收利用效率較低。鈣、鎂營養(yǎng)元素的吸收則是生長中期和后期吸收利用量較大，苗期吸收量最小。

圖1 云木香不同時(shí)期氮、磷、鉀、鈣、鎂分配規(guī)律

圖2 云木香不同時(shí)期對(duì)營養(yǎng)元素的吸收

整個(gè)生育期內(nèi)，云木香對(duì)氮、磷、鉀、鈣、鎂各元素的吸收表現(xiàn)為氮>鉀>鈣>磷>鎂，吸收量分別為2 246.69、300.20、2 167.87、1 305.29、223.91 mg/株，元素吸收比例為1∶0.13∶0.96∶0.58∶0.10。大田生產(chǎn)中，云木香畝定植密度以8000株計(jì)，從播種到倒苗，如需1年獲得186 kg的云木香藥材，需從土壤中吸收氮17.97 kg、磷2.40 kg、鉀17.34 kg、鈣10.44 kg、鎂1.79 kg。

3.4 云木香營養(yǎng)元素的吸收與干物質(zhì)積累的關(guān)系

云木香整個(gè)生育期內(nèi)，對(duì)氮、磷、鉀、鈣、鎂營養(yǎng)的吸收和積累量與干物質(zhì)積累的r分別為0.929 0、0.978 5、0.970 9、0.970 4、0.996 3，均達(dá)到顯著水平。干物質(zhì)積累增加，營養(yǎng)元素的吸收量增加，干物質(zhì)積累降低，營養(yǎng)元素的吸收和積累量也跟著下降。從圖3可見，云木香干物質(zhì)積累與氮、磷、鉀、鈣、鎂營養(yǎng)元素積累的擬合直線的r分別為0.914 3、0.978 4、0.970 8、0.970 4、0.996 4。由此可知，云木香的干物質(zhì)積累和營養(yǎng)元素的吸收呈直線相關(guān)，鉀元素吸收與干物質(zhì)積累的擬合直線斜率最大，氮元素稍微次之，表明在各礦質(zhì)營養(yǎng)元素中鉀元素和氮元素的干物質(zhì)產(chǎn)生效率最高，其次是鈣元素，磷和鎂元素生產(chǎn)效率最低。

圖3 云木香植物干物質(zhì)積累和營養(yǎng)元素吸收量的關(guān)系

4 討論

干物質(zhì)的積累、分配與養(yǎng)分的積累、分配有著密切的聯(lián)系。養(yǎng)分積累是干物質(zhì)積累的基礎(chǔ)，也是藥用植物獲得較高產(chǎn)量和藥用有效成分含量的基礎(chǔ)。在栽培技術(shù)中調(diào)控好源庫關(guān)系，是提高藥材產(chǎn)量和有效成分含量的關(guān)鍵。本研究發(fā)現(xiàn)，云木香主要的源器官為葉片和莖稈，而根、花、種子為庫器官。云木香藥用部位是根，在產(chǎn)量形成中，如何進(jìn)行源、庫關(guān)系的調(diào)整，是獲得最大經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的關(guān)鍵。

本研究表明，云木香移栽后第一年，各個(gè)器官在不同時(shí)期有不同的變化規(guī)律。云木香干物質(zhì)積累呈現(xiàn)慢-快-慢(S曲線型)的趨勢(shì)。緩苗后50 d，5—6月為返青期，幼苗生長較慢，干物質(zhì)積累量較少，主要貯藏在葉器官中。50～75 d，6月底—7月中旬為生長初期，隨著生長推進(jìn)莖、葉生長速度加快，營養(yǎng)生長進(jìn)入快速生長階段，干物質(zhì)積累大幅增加。75～125 d，7月中下旬—9月上旬為速生期，75～100 d階段增長量占全生育期的17.52%，干物質(zhì)階段增長最大，生長中心向根轉(zhuǎn)移，出現(xiàn)庫器官根的第一個(gè)快速生長期，田間有少數(shù)植株現(xiàn)蕾開花；125 d后，9月中下旬之后為生長后期，125 d全株達(dá)到最大生物量，莖和根的干物質(zhì)積累呈直線增長，葉器官的干物質(zhì)為負(fù)增長，地上部分慢慢枯黃，進(jìn)入倒苗期。云木香移栽后第一年，主要以營養(yǎng)生長為主，返青期幼苗生長慢，苗弱小抗性差，需進(jìn)行精心管護(hù)，保苗；生長初期和速生期是干物質(zhì)形成和生長中心轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵時(shí)期，是云木香經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，應(yīng)加強(qiáng)田間管理和肥料應(yīng)用，以獲得較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

云木香各器官對(duì)氮、磷、鉀、鈣、鎂的吸收在不同時(shí)期表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。本研究中，云木香對(duì)氮元素需求量最大，鉀、鈣、磷元素次之，鎂元素需求量最少，和白首烏對(duì)大量元素的吸收規(guī)律相似[8]。云木香返青期生長緩慢，對(duì)營養(yǎng)元素的需求量較少。氮、磷、鉀元素的吸收主要在速生期，氮元素的吸收量占全氮量的65.90%，磷元素和鉀元素分別為63.88%和62.50%；速生期是干物質(zhì)積累的主要時(shí)期，以及云木香生長發(fā)育和根膨大的關(guān)鍵時(shí)期。云木香生長前期養(yǎng)分主要用于葉、莖器官的快速生長，構(gòu)建光合系統(tǒng)，大量的制造和積累同化產(chǎn)物，隨著生育期推進(jìn)有部分植株出現(xiàn)花蕾的分化，干物質(zhì)向生殖器官和根系轉(zhuǎn)移，根快速膨大。9月下旬莖、葉已經(jīng)有部分開始枯黃、脫落，云木香此時(shí)對(duì)鈣、鎂元素的吸收達(dá)到最大，干物質(zhì)持續(xù)向庫器官轉(zhuǎn)移，云木香根質(zhì)量持續(xù)增加。

綜合上述研究，云木香合理施肥技術(shù)應(yīng)充分考慮其干物質(zhì)積累特點(diǎn)和營養(yǎng)元素吸收利用規(guī)律，主要以氮肥和鉀肥為主，適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充鈣、磷、鎂肥，在植株生長盛期噴施微肥，產(chǎn)量增加效果顯著[9]。生產(chǎn)中應(yīng)結(jié)合各地實(shí)際情況和生產(chǎn)成本進(jìn)行肥料種類的選擇，各個(gè)生育期選擇不同的施肥方式。云木香返青期主要以水分管理為主，及時(shí)除草，保證成活率，此時(shí)對(duì)肥料的需求較少，可適當(dāng)施用清糞水，或可不施肥，減少肥料流失和浪費(fèi)。生長初期，營養(yǎng)元素的需求量迅速增加，主要以氮、鉀肥為主；云木香快速生長期肥料施用以氮、鉀、鈣肥為主，氮肥少量多次施用，肥料施用多采用葉面噴施的追肥方式，葉面追肥施用速效鈣、鎂肥為主，以及少量磷肥，結(jié)合排灌水和中耕除草等農(nóng)藝措施，保證最大的生物量。生長后期禁用氮肥，促進(jìn)生長中心向根部轉(zhuǎn)移，適當(dāng)施用鈣、鎂肥，以利根的膨大。云木香是收獲根類藥用植物，為獲得較高的產(chǎn)量和有效成分含量，生產(chǎn)中要對(duì)庫的組成進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)行除蕾打頂處理，防止開花結(jié)實(shí)對(duì)營養(yǎng)的消耗，保證光合產(chǎn)物最大程度向根部轉(zhuǎn)移，以獲得理想產(chǎn)量，這個(gè)和多數(shù)根莖類藥材的種植管理是相同的[10-11]。